Belastung der bayerischen Bevölkerung mit Acrylamid
Allgemeine Informationen
Acrylamid (AA) entsteht während der so genannten Maillard-Reaktion beim Erhitzen von stärkehaltigen Lebensmitteln, insbesondere beim Backen, Braten, Rösten, Grillen und Frittieren. Die Aminosäure Asparagin, die vor allem in Kartoffeln und in Getreide vorkommt, wird unter Erhitzen in Acrylamid umgewandelt, zusätzlich unterstützt wird die Acrylamidbildung durch Kohlenhydrate wie z. B. Fructose und Glucose.
Daher entsteht besonders viel Acrylamid, wenn Kartoffel- und getreidehaltige Lebensmittel trocken über 180°C erhitzt werden. Die Acrylamidbildung beginnt allerdings bereits bei 120°C, steigt jedoch bei 170 - 180°C deutlich an. Dadurch enthalten Lebensmittel wie Knäckebrot, Pommes Frites, Kartoffelchips, aber auch Kaffee, teilweise hohe Mengen an Acrylamid.
Das Bundesinstitut für Risikobewertung gibt eine tägliche Aufnahme über die Nahrung von 0,5 - 1 µg/kg Körpergewicht und Tag (= 30 – 60 µg tägliche Zufuhr) an und für Schüler einen Durchschnittswert von 0,81 µg/kg.
Eine weitere wichtige Quelle an Acrylamid stellt der Tabakrauch dar. Besonders für Zigarettenraucher liegen Daten vor, die eindeutig zeigen, dass der Gehalt an Acrylamidstoffwechselprodukten mit zunehmendem Zigarettenkonsum ansteigt.
Acrylamid ist im Tierversuch eindeutig krebserzeugend und führt zur Bildung verschiedener Tumortypen an unterschiedlichen Organen. In Tierexperimenten an verschiedenen Spezies zeigt Acrylamid nach wiederholter oraler Gabe (20 - 50 mg/kg Körpergewicht) neurotoxische Wirkungen, die sich als Ataxien (Störungen des Bewegungsablaufes), Gliedmaßenschwäche, verminderte motorische Aktivität, Krämpfe, sowie Sehstörungen manifestieren. Diese Neurotoxizität wird auch in Fallbeispielen am Arbeitsplatz gegenüber Acrylamid exponierten Personen beobachtet. Am Arbeitsplatz ist Acrylamid als für den Menschen krebserzeugend (Kategorie 2) von der Senatskommission der deutschen Forschungsgemeinschaft zur Prüfung gesundheitsschädlicher Arbeitstoffe eingestuft (BAT-MAK-Liste). Mehr Details finden Sie unter
http://www.umweltdaten.de/gesundheit/monitor/acrylamid_und_hbm.pdf.
Acrylamid besitzt ein reaktives Potential gegenüber biologischen Makromolekülen wie Proteinen und der Desoxyribonukleinsäure (kurz DNS oder DNA), der Trägerin der Erbinformation. Stoffe wie Acrylamid, die direkt mit der DNS chemische Reaktionen eingehen, werden als gentoxisch bezeichnet und sind damit häufig auch krebserzeugende Substanzen.
Human-Biomonitoring
Das Binden des reaktiven Acrylamid an den Globinrest des Hämoglobins ist eine Möglichkeit die interne Belastung des Menschen zu erfassen. Eine der Bindungsstellen des Globins ist die freie Aminogruppe der Aminosäure Valin. Das Acrylamid-Valin ist eine Art Langzeitbiomarker, da die Blutzellen, die das Hämoglobin enthalten (rote Blutkörperchen oder Erythrocyten) eine durchschnittliche Lebensdauer von 120 Tagen aufweisen. Während dieser Zeit können immer wieder Reaktionen zwischen dem Valin und dem Acrylamid eintreten und somit wird die Belastung von circa 120 Tagen im Sinne einer durchschnittlichen Belastung mittels dieses Biomarkers ermittelt.
Da der Organismus regelmäßig auf reaktive Stoffe trifft, hat sich ein effizientes Entgiftungssystem im Organismus entwickelt. Ein den Proteinen ähnliches Tripeptid, das Glutathion, ist ein Baustein dieses Schutzsystems. Mit Hilfe spezieller Enzyme, den Glutathion-S-Transferasen, führt die Reaktion von Glutathion mit reaktiven Stoffen zu unreaktiven und damit meist untoxischen Abbauprodukten. Diese Abbauprodukte werden als Metabolite oder Stoffwechselprodukte bezeichnet und über die Nieren mit dem Harn ausgeschieden. Durch die Messung solcher Metabolite im Harn des Menschen können wichtige Informationen über die Belastungssituation des Menschen gegenüber Fremdstoffen wie Acrylamid erhalten werden.
Untersuchungsergebnisse im Urin
Ergebnisse aus drei überwiegend in Bayern durchgeführten Studien bestätigen, dass die tägliche Aufnahme an Acrylamid im Bereich von wenigen µg bis zu einem Milligramm liegen kann (Tabelle 1). Die Medianwerte für die Nichtraucher liegen zwischen 27 und 72 µg täglicher Aufnahme und damit im Bereich der durchschnittlichen Aufnahme, der vom Bundesinstitut für Risikobewertung mittels der Gehalte an Acrylamid in Lebensmitteln abgeschätzt wurde. Hohe Werte findet man wie bereits genannt bei Rauchern und bei Personen, die überwiegend Acrylamid-haltige Nahrungsmittel verzehrt haben. Als Beispiel sei hier ein Experiment mit Lebkuchen genannt, die laut Herstellerangaben einen Gehalt von 735 µg/kg aufwiesen. Drei freiwillige Personen haben von diesen jeweils drei Lebkuchen (167 g) verzehrt. Für den Hauptmetaboliten das N-Acetyl-S-(2-carbamoylethyl)cystein wurden Höchstwerte mit bis zu 1000 µg/l im Urin nach circa sechs - acht Stunden nach Verzehr der Lebkuchen erreicht [1]. Diese Konzentrationen entsprechen in etwa denen, die von starken Rauchern erreicht werden können. Die Bestimmung der Metabolite im Urin kann auch dazu genutzt werden, um zu ermitteln, mit welcher Geschwindigkeit und in welcher Menge aufgenommenes Acrylamid ausgeschieden wird. Es ist klar ersichtlich, dass eine effiziente Ausscheidung eines Fremdstoffes dessen Potential unerwünschte Wirkung im Körper auszulösen verringert. Aus verschiedenen Studien mit freiwilligen Probanden wurden diese so genannten kinetischen Daten ermittelt. Es zeigt sich, dass Acrylamid nach circa 72 Stunden zu etwa 60% ausgeschieden worden ist [2]. Für den Hauptmetaboliten das N-Acetyl-S-(2-carbamoylethyl)cystein wurde eine Halbwertszeit (die Zeit, nach der die Hälfte der ursprünglichen Dosis ausgeschieden wurde) von circa 17 Stunden ermittelt. Eine exakte Ermittlung der Kennzahlen ist aber schwierig, da man permanent über die Nahrung weiteres Acrylamid aufnimmt.
Untersuchungsergebnisse im Blut
Das Reaktionsprodukt des Acrylamids mit dem endständigen Valin des Globins (N-2-Carbamoylethylvalin: AAVal) wurde 1997 erstmals in Blutproben von nicht beruflich gegenüber Acrylamid exponierten Menschen nachgewiesen [3]. Mittlerweile sind zahlreiche Analysen durchgeführt worden. Insbesondere ein bayerisches Kollektiv von über tausend Personen wurde im Rahmen einer Bayernweiten Studie untersucht.
Folgende Abbildung 1 zeigt die Gehalte an N-(2-Carbamoylethyl)-Valin-Addukt von Rauchern und Nichtrauchern im Vergleich.
Abbildung 1: AA-Proteinaddukt bei 1008 bayerischen Probanden spezifiziert nach Raucher und Nichtraucher (modifiziert nach [8, 4])
Bei Nichtrauchern wurden Adduktspiegel zwischen 3 und 103 pg Proteinaddukt/pmol Globin bestimmt, der Median lag bei 27 pg Proteinaddukt/pmol Globin und die 95.Perzentile bei 49 pg Proteinaddukt/pmol Globin. Die Raucher dagegen hatten Werte zwischen 8 und 331 Proteinaddukt/pmol Globin, einen circa 2,5fach höheren Median und eine 4fach höhere 95.Perzentile im Vergleich zu den Nichtrauchern.
Erst kürzlich hat die Kommission Human-Biomonitoring des Umweltbundesamtes in einer Stellungnahme die Daten verschiedenerer Studien zusammengefasst.
Muttermilchuntersuchungen
Muttermilchuntersuchungen liefern wichtige Hinweise auf die Exposition des Menschen gegenüber Fremdstoffen.
Zu Acrylamid-Belastung der Muttermilch wurden am LGL eine der weltweit größten Untersuchungen durchgeführt.
Die Gehalte sind zu circa 95% unterhalb von 0,3 µg / kg Milch, das heißt bei einer Aufnahme von etwa einem Liter Muttermilch, nimmt der Säugling maximal nur 300 ng Acrylamid auf. Damit liegt die durchschnittliche Aufnahme (etwa 100 ng/l und 5 kg schwerer Säugling) mit 0,02 µg/kg Körpergewicht und Tag deutlich unter der, die Erwachsene oder Kinder im Schulalter aufnehmen.
Ausblick
Ob sich die vielfach angeregten und beschriebenen Maßnahmen zur Reduzierung des Acrylamidgehaltes in Nahrungsmitteln beziehungsweise die bewusste Auswahl an Lebensmitteln mit geringen Acrylamidkonzentrationen durch den Verbraucher tatsächlich in geringeren Expositionsmengen niederschlagen, werden zukünftige Biomonitoringstudien zu den Urin- und Blutmetaboliten zeigen.
| Anzahl | Bereich [µg/l] | Median [µg/l] | Tägliche Aufnahme als Median [µg]b | Literatur |
|---|---|---|---|---|
| Nichtraucher | ||||
| 13 | 14-102 | 26 | 65 | [1] |
| 16 | 3-83 | 29 | 72 | [5] |
| 60 | 28-306a | 42 | 105 | [6] |
| 47 | 7-47a | 16a | 27 | [7] |
| Gelegentliche Raucher | ||||
| 12 | 16-630 | 56 | 140 | [1] |
| Ständige Raucher | ||||
| 13 | 61-706 | 283 | 709 | [1] |
| 13 | 17-338 | 127 | 318 | [5] |
| 60 | 25-539a | 107 | 268 | [6] |
| 6 | 38-106a | 74a | 124 | [7] |
aµg in 24 h;
b Die Werte in µg/l müssen mit den Faktor 1,5 (tägliches Urinvolumen ~ 1,5 l) multipliziert werden, um die tägliche Ausscheidung an Acrylamidmetaboliten wiederzuspiegeln. Zusätzlich wird angenommen, dass es sich dabei um eine Gleichgewichtskonzentration handelt, d. h. eine ständige Aufnahme und ständige Ausscheidung von Acrylamid führt zu einer Gleichgewichtskonzentration. Da nur ca. 60% der Dosis an Acrylamid über den Urin ausgeschieden wird, sind die 24 h-Werte nochmals mit dem Faktor 1,67 zu multiplizieren.
Literatur
1. Kellert, M., Scholz, K., Wagner, S., Dekant, W., and Volkel, W. Quantitation of mercapturic acids from acrylamide and glycidamide in human urine using a column switching tool with two trap columns and electrospray tandem mass spectrometry. J Chromatogr A, 2006. 1131(1-2): p. 58-66.
2. Fuhr, U., Boettcher, M. I., Kinzig-Schippers, M., Weyer, A., Jetter, A., Lazar, A., Taubert, D., Tomalik-Scharte, D., Pournara, P., Jakob, V., Harlfinger, S., Klaassen, T., Berkessel, A., Angerer, J., Sorgel, F., and Schomig, E. Toxicokinetics of acrylamide in humans after ingestion of a defined dose in a test meal to improve risk assessment for acrylamide carcinogenicity. Cancer Epidemiol Biomarkers Prev, 2006. 15(2): p. 266-71.
3. Bergmark, E., Hemoglobin adducts of acrylamide and acrylonitrile in laboratory workers, smokers and nonsmokers. Chem Res Toxicol, 1997. 10(1): p. 78-84.
4. Kutting, B., W. Uter, and H. Drexler,The association between self-reported acrylamide intake and hemoglobin adducts as biomarkers of exposure. Cancer Causes Control, 2007.
5. Boettcher, M.I., Schettgen, T., Kutting, B., Pischetsrieder, M., and Angerer, J. Mercapturic acids of acrylamide and glycidamide as biomarkers of the internal exposure to acrylamide in the general population. Mutat Res, 2005. 580(1-2): p. 167-76.
6. Urban, M., Kavvadias, D., Riedel, K., Scherer, G., and Tricker, A. R. Urinary mercapturic acids and a hemoglobin adduct for the dosimetry of acrylamide exposure in smokers and nonsmokers. Inhal Toxicol, 2006. 18(10): p. 831-9.
7. Bjellaas, T., Stolen, L. H., Haugen, M., Paulsen, J. E., Alexander, J., Lundanes, E., and Becher, G. Urinary acrylamide metabolites as biomarkers for short-term dietary exposure to acrylamide. Food Chem Toxicol, 2007. 45(6): p. 1020-6.
8. Kütting,B., Schettgen, T. Schwegler, U., Fromme, H. Uter,W. Angerer,J., Drexler, H. Acrylamide as environmental noxa –a health risk assessment for the general population based on a new proposal of reference values for an internal burden of acrylamide. 2008, (submitted)